基于鎖相環的頻率合成電路設計

相位比較器1采用異或門結構，使用時要求輸入信號占空比為50％。當兩路輸入信號的高低電平相異時，輸出信號為高電平，反之，輸出信號為低電平。相位比較器1的捕捉能力和濾波器有關，選擇合適的濾波器可以得到較寬的捕捉范圍。相位比較器2由一個信號的上升沿控制，它對輸入信號的占空比要求不高，允許輸入非對稱波形，具有很寬的捕捉范圍。相位比較器2的輸出和兩路輸入信號的頻率高低有關，當14腳的輸入信號比3腳的比較信號頻率低時，輸出為邏輯0，反之則輸出邏輯1。如果兩信號的頻率相同而相位不同，當輸人信號的相位滯后于比較信號時，相位比較器2輸出的為正脈沖，當相位超前時則輸出為負脈沖。而當兩個輸入脈沖的頻率和相位均相同時，相位比較器2的輸出為高阻態。壓控振蕩器需要外接電阻R1、R2和電容C1。R1、C1是充放電元件，電阻R2起頻率補償作用。VCO的振蕩頻率不僅和R1、R以及C1的取值有關，還和電源電壓有關，電源電壓越高振蕩頻率越高。

3 頻率合成器外圍電路設計
3．1 參考頻率源
本設計中參考頻率源選用CMOS石英晶體多諧振蕩器-產生2MHz的矩形脈沖信號，電路如圖7所示。

3．2 可變分頻器
可變分頻器由集成四位二進制同步加法計數器74LS161來完成。這里采用4片74LS161通過預置數的方法來實現可變分頻。為提高工作速度，可采用圖8所示接法。利用同步方案最高可實現65536分頻。預制值=65536-N。經過可變分頻后獲得的信號是窄脈沖信號，在輸出端可利用74LS74對該信號進行二分頻，以便獲得方波信號，從而滿足相位比較器1的占空比要求。此時實際分頻系數變為2N。電路如圖8所示。

參考分頻器與可變分頻器采用同樣的電路，目的在于通過設置不同的分頻系數M，以實現不同的頻率間隔的需求。
3．3 環路濾波
本設計選取無源比例積分濾波器作為環路濾波器，其時間常數T=(R7+R8)C5電路如圖9所示。

4 電路的調試
在調試的過程中需注意R1、R以及C1的選取，選取不同的R1、R、C1并合理設置可變分頻系數N就可獲得不同頻率范圍的輸出信號，同時根據所需情況選取合適的濾波器，設置不同的參考分頻系數即可改變頻率間隔。

5 結束語
本電路由于頻率范圍和頻率間隔可根據具體需要進行調節，且輸出信號頻率具有高穩定性和準確性，可廣泛作為離散信號源來使用，也可用于集成。此外，如用單片機對分頻器的置數端進行控制，可更加方便地實現頻率的調整。